異所性骨化における線溶系酵素の役割の解明と新規骨形成薬の開発

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20KK0205
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 吉井 俊貴 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 准教授 (50583754)
• 研究分担者: 大川 淳 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (30251507) ; 平井 高志 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (40510350) ; 松倉 遊 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (10880867)
• 研究期間 (年度): 2020-10-27 – 2025-03-31
• キーワード: 異所性骨化

研究実績の概要

我々はこれまでVanderbilt大学と共同研究を行い、プラスミンが線溶機能と直接関係ない異所性骨形成に関与することを報告している。ラスミノーゲンKOマウスや部分KOマウスにておいて、カルディオトキシンを下腿三頭筋内に注射することで異所性石灰化が惹起された。プラスミノーゲンKOマウスでは異所性石灰化の吸収がより遅延していたため、プラスミノーゲンは異所性石灰化の出現だけでなく、消退（regression）にも影響していると考えられたため、異所性石灰化を見立てたハイドロキシアパタイト（HA）の筋肉内注射実験を行った。コントロールマウスでは経時的なHAの減少を認めたが、プラスミノーゲンKOマウスでは消退が長期にわたって大きく遅延していた。このことから、プラスミノーゲンは異所性石灰化の出現だけでなく、マクロファージによる石灰化の消退にも作用していることが分かった。ただしHAの注射のみでは骨化が惹起されないことから、骨化の原因は石灰化自体ではないことが示唆された。
次にプラスミノーゲンアクチベーターであるtPAやuPAのKOマウスを用いて同様の実験を行った。筋損傷後に石灰化の出現を認め、また異所性石灰化の消退も遅延していた。つまり異所性石灰化の出現や消退にはプラスミノーゲンではなくプラスミン活性が関与しており、その活性は主にuPAによるものであることが分かった。この結果から、異所性石灰化の予防機構としてはuPAによるプラスミン活性化が治療候補として示唆された。
背部広範囲熱傷モデルマウスでは、血中プラスミノーゲンが低下している傾向を認めていることから、熱傷によるプラスミノーゲンの枯渇が異所性石灰化を惹起していると考えられた。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

本来であれば、2020年度中に研究協力者の川畑が渡米して研究に加わる予定であったが、コロナ禍で、渡米が2021年になってしまった。また研究代表の吉井も、施設の基準で、2020年度は渡米できていない。ただし、すでに渡米している研究協力者である江川とリモート会議を重ね、プラスミノーゲン完全欠損Plg（-/-）、部分欠 損Plg（+/-）マウスにおいて薬剤誘発性：カルディオトキシン（CTX）下腿腓腹筋局注による異所性骨化モデルを作成し、石灰化・骨化のメカニズムを解析した。さらにプラスミノーゲンの異所性骨化への関与をより詳細に調べるために、２種類の activator（組織型(tPA)とウロキナーゼ型(uPA)）のKOマウスを使用し、それぞれのactivatorの役割も検証を行えた。また熱傷ではプラスミノーゲンの枯渇を生じている可能性が示唆された。
石灰化から骨化への移行については、HA自体は骨形成促進薬にはならないことが分かった。今後は吸着する蛋白質などにも注目し解明を進めていく予定である。

今後の研究の推進方策

上記の異所性石灰化誘発モデルマウスにおいて、まず石灰化予防薬剤であるビスフォスフォネートの投与による予防効果を検討する。またプラスミン活性が異所性骨化への移行に与える影響を調べるため、PLG KO, tPA KO, uPA KOの各マウスにおいて異所性骨化への移行形態を評価する。またtPA, uPA両者の同時KOマウスを作成し、プラスミノーゲンは存在するがプラスミン活性を失った状態において異所性石灰化や消退、そして骨化への移行を観察する。またさらにはPAI1阻害剤の線溶系に対する効果が、すでに動物実験などで効果が実証されており、これら異所性骨化モデルマウスに対する、治療薬の候補として検証を行っていく。

次年度使用額が生じた理由

一部実験の最適化のために時間を要してしまったため、次年度にも引き続き実験を行うため。

研究成果

• [雑誌論文] Determining the pharmacologic window of bisphosphonates that mitigates severe injury-induced osteoporosis and muscle calcification, while preserving fracture repair. (2022)
  • 著者名/発表者名: Saito M, Moore-Lotridge SN, Uppuganti S, Egawa S, Yoshii T, Robinette JP, Posey SL, Gibson BHY, Cole HA, Hawley GD, Guelcher SA, Tanner SB, McCarthy JR, Nyman JS, Schoenecker JG.
  • 雑誌名: Osteoporos Int. 巻: 33 ページ: 807-820
  • DOI: 10.1007/s00198-021-06208-7
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Severity of Myelopathy is Closely Associated With Advanced Age and Signal Intensity Change in Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament: A Prospective Nationwide Investigation. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hirai T,Yoshii T,Egawa S,Sakai K,Kusano K,Nakagawa Y,Wada K,Katsumi K,Fujii K,Kimura A,Furuya T,Nagoshi N,Kanchiku T,Nagamoto Y,Oshima Y,Ando K,Takahata M,Mori K,Nakajima H,Murata K,Matsunaga S,Kaito T,Yamada K,Kobayashi S,Kato S,Ohba T,Inami S,Fujibayashi S,Katoh H,Kanno H,Imagama S,Koda M,Kawaguchi Y,Takeshita K,
  • 雑誌名: Clin Spine Surg. 巻: 35 ページ: E155-E161
  • DOI: 10.1097/BSD.0000000000001164
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydroxyapatite/collagen composite graft for posterior lumbar interbody fusion: a comparison with local bone graft. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshii T, Hashimoto M, Egawa S, Hirai T, Inose H, Okawa A.
  • 雑誌名: J Orthop Surg Res. 巻: 16 ページ: 639
  • DOI: 10.1186/s13018-021-02798-4.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of Lateral Lumbar Interbody Fusion and Posterior Lumbar Interbody Fusion as Corrective Surgery for Patients with Adult Spinal Deformity-A Propensity Score Matching Analysis. (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsukura Y, Yoshii T, Morishita S, Sakai K, Hirai T, Yuasa M, Inose H, Kawabata A, Utagawa K, Hashimoto J, Tomori M, Torigoe I, Yamada T, Kusano K, Otani K, Sumiya S, Numano F, Fukushima K, Tomizawa S, Egawa S, Arai Y, Shindo S, Okawa A.
  • 雑誌名: J Clin Med. 巻: 10 ページ: 4737
  • DOI: 10.3390/jcm10204737
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prospective Investigation of Postoperative Complications in Anterior Decompression with Fusion for Severe Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament: A Multi-institutional Study. (2021)
  • 著者名/発表者名: Egawa S, Yoshii T, Sakai K, Kusano K, Nakagawa Y, Hirai T, Kimura A, Furuya T, Kanchiku T, Nagamoto Y, Takahata M, Mori K, Katoh H, Nagoshi N, Imagama S, Koda M, Kawaguchi Y, Takeshita K, Matsumoto M, Yamazaki M, Okawa A.
  • 雑誌名: Spine (Phila Pa 1976) 巻: 46 ページ: 1621-1629
  • DOI: 10.1097/BRS.0000000000004088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of Surgical Outcomes After Open- and Double-Door Laminoplasties for Patients with Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament: A Prospective Multicenter Study. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagoshi N,Yoshii T,Egawa S,Sakai K,Kusano K,Nakagawa Y,Hirai T,Wada K,Katsumi K,Fujii K,Kimura A,Furuya T,Kanchiku T,Nagamoto Y,Oshima Y,Nakashima H,Ando K,Takahata M,Mori K,Nakajima H,Murata K,Matsunaga S,Kaito T,Yamada K,Kobayashi S,Kato S,Ohba T,Inami S,Fujibayashi S,Katoh H,Kanno H,Watanabe K,Imagama S,Koda M,
  • 雑誌名: Spine (Phila Pa 1976) 巻: 46 ページ: E1238-E1245
  • DOI: 10.1097/BRS.0000000000004094
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neurological improvement is associated with neck pain attenuation after surgery for cervical ossification of the posterior longitudinal ligament (2021)
  • 著者名/発表者名: Koda M,Yoshii T,Egawa S,Sakai K,Kusano K,Nakagawa Y,Hirai T,Wada K,Katsumi K,Kimura A,Furuya T,Maki S,Nagoshi N,Watanabe K,Kanchiku T,Nagamoto Y,Oshima Y,Ando K,Nakashima H,Takahata M,Mori K,Nakajima H,Murata K,Matsunaga S,Kaito T,Yamada K,Kobayashi S,Kato S,Ohba T,Inami S,Fujibayashi S,Katoh H,Kanno H,Takahashi H,
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 11 ページ: 11910
  • DOI: 10.1038/s41598-021-91268-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perioperative Complications in Posterior Surgeries for Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament: A Prospective Nationwide Investigation. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshii T,Egawa S,Sakai K,Kusano K,Nakagawa Y,Hirai T,Wada K,Katsumi K,Fujii K,Kimura A,Furuya T,Nagoshi N,Kanchiku T,Nagamoto Y,Oshima Y,Ando K,Takahata M,Mori K,Nakajima H,Murata K,Matsunaga S,Kaito T,Yamada K,Kobayashi S,Kato S,Ohba T,Inami S,Fujibayashi S,Katoh H,Kanno H,Imagama S,Koda M,Kawaguchi Y,Takeshita K,
  • 雑誌名: Clin Spine Surg. 巻: 34 ページ: E594-E600
  • DOI: 10.1097/BSD.0000000000001243
  • 査読あり
• [雑誌論文] Factors Significantly Associated with Postoperative Neck Pain Deterioration after Surgery for Cervical Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament: Study of a Cohort Using a Prospective Registry. (2021)
  • 著者名/発表者名: Koda M,Yoshii T,Egawa S,Sakai K,Kusano K,Nakagawa Y,Hirai T,Wada K,Katsumi K,Kimura A,Furuya T,Maki S,Nagoshi N,Watanabe K,Kanchiku T,Nagamoto Y,Oshima Y,Ando K,Nakashima H,Takahata M,Mori K,Nakajima H,Murata K,Matsunaga S,Kaito T,Yamada K,Kobayashi S,Kato S,Ohba T,Inami S,Fujibayashi S,Katoh H,Kanno H,Takahashi H,
  • 雑誌名: J Clin Med. 巻: 10 ページ: 5026
  • DOI: 10.3390/jcm10215026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anterior Cervical Corpectomy with Fusion versus Anterior Hybrid Fusion Surgery for Patients with Severe Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament Involving Three or More Levels: A Retrospective Comparative Study. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirai T,Yoshii T,Sakai K,Inose H,Yuasa M,Yamada T,Matsukura Y,Ushio S,Morishita S,Egawa S,Onuma H,Kobayashi Y,Utagawa K,Hashimoto J,Kawabata A,Tanaka T,Motoyoshi T,Takahashi T,Hashimoto M,Sakaeda K,Kato T,Arai Y,Kawabata S,Okawa A.
  • 雑誌名: J Clin Med. 巻: 10 ページ: 5315
  • DOI: 10.3390/jcm10225315
  • 査読あり
• [学会発表] 脊椎手術難症例の出血コントロール ―当科の工夫― (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴
  • 学会等名: 第50回 日本脊椎脊髄病学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Cervical ossification of the posterior longitudinal ligament: Epidemiology, treatment (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Yoshii
  • 学会等名: 94th Annual Meeting of the Japanese Orthopaedic Association
  • 招待講演
• [学会発表] Anterior solution for complex and longer continuous OPLL of cervical spine (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Yoshii
  • 学会等名: APSS-APPOS 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Surgical approach of OPLL, anterior, posterior, combined (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Yoshii
  • 学会等名: 1st Annual Meeting of Cervical Spine Research Committee affiliated with Korean Society of Spine Surgery
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 頚椎後縦靱帯骨化症に対する前方固定術、椎弓形成術の 多施設前向き調査 ‐傾向スコアmatchingによる検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴 他
  • 学会等名: 第30回 日本脊椎インストゥルメンテーション学会
• [学会発表] 理想的な頚椎OPLLの治療を模索する「頚椎後縦靭帯骨化症（OPLL）に対する最良の治療選択 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉井 俊貴
  • 学会等名: 第11回 最小侵襲脊椎治療学会Mist学会
  • 招待講演
• [学会発表] POSTERIOR APPROACH「Essentially Step To Avoid Complication For Cervical Pedicle Screws」 (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Yoshii
  • 学会等名: CSRS Asia Pacific 2nd Virtual Instructional Course
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ANTERIOR APPROACH「Avoidance of Dysphagia」 (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshitaka Yoshii
  • 学会等名: CSRS Asia Pacific 2nd Virtual Instructional Course
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 最新主要文献とガイドラインでみる 整形外科学レビュー 2021-’22 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松本守雄
  • 総ページ数: 296
  • 出版者: 総合医学社
  • ISBN: 9784883787340
• [図書] 整形外科(Vol.72 No.3)2021年3月号 (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉井俊貴 他
  • 総ページ数: 100
  • 出版者: 南江堂